• Brain Computer Interfaces

    Fay Melronna

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Einführung

Ein Brain-Computer-Interface (BCI), auch Brain-Machine-Interface (BMI) oder deutsch Gehirn-Computer-Schnittstelle genannt, ist eine spezielle Mensch-Maschine-Schnittstelle, die eine direkte Verbindung zwischen dem Gehirn und einem Computer ermöglicht, ohne die Aktivierung des peripheren Nervensystems, wie beispielsweise durch die Nutzung der Extremitäten. Dabei wird entweder die elektrische Aktivität des Gehirns erfasst (nichtinvasiv meist durch EEG oder invasiv durch implantierte Elektroden) oder die hämodynamische Aktivität gemessen (mit fMRI oder NIRS). Diese Signale werden dann von Computern analysiert (Mustererkennung) und in Steuersignale umgewandelt. Die Technologie wird in drei Kategorien unterteilt: aktive, passive und reaktive BCIs.

Zum aktuellen Stand

Bisher sind Brain-Computer-Interfaces (BCIs) in Deutschland, insbesondere im industriellen Umfeld, noch nicht weit verbreitet und befinden sich größtenteils noch in der Forschungsphase. Ein zentrales Problem bei Demonstratoren ist die Variabilität des mentalen Zustands der Nutzenden, was die Zuverlässigkeit und Genauigkeit der Technologie beeinträchtigen kann. Neben technologischen Herausforderungen sind es vor allem Datenschutzbedenken, die eine breitere Anwendung und Verbreitung von BCIs verhindern. Die Sorge um den Schutz sensibler Gehirndaten spielt hierbei eine besonders wichtige Rolle.

Technologieverbreitung

Prototypen und Demonstratoren vorhanden
Branchenübergreifender Einsatz
KMU geeignet?

Technologiebeschreibung

BCIs (Brain-Computer-Interfaces) sind Systeme, die es ermöglichen, einen Computer oder eine Maschine durch die Auswertung von Hirnströmen zu steuern. Dabei lassen sich BCIs in drei Kategorien unterteilen: aktive, passive und reaktive BCIs.

Aktive BCIs werden durch bewusste Handlungen des Nutzers ausgelöst, wie zum Beispiel das Vorstellen eines bestimmten Wortes, das als Steuersignal dient.

Passive BCIs basieren ausschließlich auf den Messdaten, die vom Gehirn des Nutzers gesammelt werden, ohne dass eine aktive Steuerung erfolgt. Ein Beispiel ist das Erkennen von Müdigkeit, um daraufhin automatisch eine Reaktion auszulösen, wie etwa eine Anpassung der Arbeitsumgebung.

Reaktive BCIs werden durch die Reaktion des Nutzers auf äußere Reize aktiviert. Ein Beispiel hierfür sind flackernde Lichtstimuli, deren Frequenz im Gehirn des Nutzers erkennbar ist und als Steuerungsmechanismus dient.

Einsatzmöglichkeiten

Rehabilitation: BCIs ermöglichen Menschen, die am Locked-In-Syndrom leiden, wieder mit ihrer Umgebung zu interagieren. Durch die direkte Verbindung zwischen Gehirn und Computer können sie trotz fehlender körperlicher Bewegungsfähigkeit Kommunikationsmöglichkeiten erhalten.

Industrie: In industriellen Umgebungen könnten BCIs Spracherkennung in lauten Arbeitsbereichen ersetzen und wertvolle Daten über den Zustand der Mitarbeitenden sammeln, wie z.B. Informationen zu Müdigkeit, Aufmerksamkeit und Konzentration, um die Arbeitssicherheit und Effizienz zu verbessern.

Gaming: Durch die Steuerung von Spielen mittels BCI kann die Immersion erheblich gesteigert werden, da Spieler direkt mit ihren Gedanken in die virtuelle Welt eintauchen und interagieren können, was das Spielerlebnis revolutioniert.

Chancen für KMU

Vereinfachung von Interaktion in speziellen Situationen

BCIs können genutzt werden, um umständliche Nutzerinteraktionen zu vereinfachen oder zu umgehen. Dies ermöglicht eine schnellere und direktere Steuerung von Systemen, ohne auf herkömmliche Eingabemethoden angewiesen zu sein.

Arbeitssicherheit

BCIs können zur Verbesserung der Arbeitssicherheit beitragen, indem sie Ablenkung, Erschrecken oder Müdigkeit in gefährlichen Umgebungen erkennen. So lassen sich arbeitsbedingte Verletzungen und Belastungen reduzieren, indem rechtzeitig Maßnahmen ergriffen werden.

Zusätzliche Methode zur Interaktion

BCIs bieten eine alternative Interaktionsmöglichkeit, die besonders nützlich ist, wenn herkömmliche Eingabemethoden nicht verfügbar sind, z.B. wenn die Hände bereits für andere Aufgaben genutzt werden. Dies eröffnet neue Anwendungsfelder in der Steuerung von Maschinen und Geräten.

Schrittweise Einführung eines Brain Computer Interfaces

  • Schritt 1: Analyse und Planung

    KMUs sollten zunächst ihre Arbeitsabläufe sorgfältig analysieren, um Bereiche zu identifizieren, in denen BCIs den größten Nutzen bringen könnten. Besonders relevant sind dabei gefährliche Aufgaben oder Tätigkeiten, bei denen herkömmliche Interaktionsmöglichkeiten aufgrund äußerer Einflüsse, wie Lärm oder körperliche Einschränkungen, versagen.

  • Schritt 2: Pilotprojekt

    Im nächsten Schritt sollte ein Pilotprojekt mit einer kleinen Anzahl von BCIs gestartet werden, um das System zu trainieren und zu testen, wie gut es in der spezifischen Arbeitsumgebung funktioniert. Dabei sollte auch das Feedback der Mitarbeitenden sowie des Betriebsrats einbezogen werden, um potenzielle Bedenken oder Optimierungsmöglichkeiten zu berücksichtigen.

  • Schritt 3: Vollständige Implementierung

    Auf Grundlage der Ergebnisse des Pilotprojekts kann die Technologie schrittweise in den Betrieb integriert und auf weitere Arbeitsbereiche ausgeweitet werden. So lässt sich sicherstellen, dass die BCI-Technologie effizient und nachhaltig genutzt wird.

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